Manganova preobrazba za litij-ionske baterije
22. marec 2021 - litij-ionska baterija za shranjevanje energije Litij-ionska shramba energije
Katode brez kobalta bi se lahko borile proti težavam z dobavo z uporabo ene najcenejših razpoložljivih kovin.
Ameriški raziskovalci so izdelali litij-ionsko baterijo, ki kot katodni material uporablja mangan namesto tradicionalnega kobalta ali niklja. Delo bi lahko ponudilo poceni in izdatno alternativo tem vedno dražjim in omejenim virom, ki bi zagotovili način za izpolnitev hitro rastočega povpraševanja po litij-ionskem shranjevanju energije.
Večina katod litij-ionskih baterij je bila odvisnih od kobalta ali niklja, ker z lahkoto ohranjajo strukturo večplastno in urejeno. Toda leta 2014 je skupina na Tehnološkem inštitutu v Massachusettsu (MIT), ki jo vodi Gerbrand Ceder, pokazala, da lahko litij-ionske baterije z neurejeno strukturo delujejo, dokler so bogate z litijem, kar je odprlo možnost za preizkušanje novih in morda boljši, materiali.
Ceder in sodelavci z Univerze v Kaliforniji in Nacionalnega laboratorija Lawrence Berkeley v ZDA so zdaj razvili litij-ionsko baterijo z neurejeno katodo na osnovi mangana in pokazali, da bi lahko shranila več energije kot kobalt ali nikelj. "Naša ideja je bila, da bi lahko uporabili veliko širši spekter kovin, če bi lahko izdelali katode, pri katerih nam ni mar za plastenje," pravi glavni avtor Jinhyuk Lee z MIT. "Odločili smo se za mangan, saj je ena najcenejših razpoložljivih kovin."
Mangan se že uporablja v tradicionalnih slojevitih katodah litij-ionskih baterij, vendar kot stabilizacijska kovina z malo vpletenosti v shranjevanje elektronov. Nedavni poskusi izdelave katod izključno iz neurejenega mangana in drugih kovinskih oksidov so bili omejeni, ker postanejo nestabilni in izgubijo kapaciteto zaradi prevelike redoks aktivnosti kisika, ko se litijevi ioni med polnjenjem premaknejo s katode na anodo na osnovi litija.
Da bi zmanjšali to aktivnost in pridobili visokozmogljivo katodo iz manganovega oksida, je Cederjeva ekipa našla način, kako doseči mangan za izmenjavo dveh elektronov, kar počnejo visokozmogljive katode na osnovi niklja namesto enega. To je vključevalo znižanje manganove valence na Mn2+ z zamenjavo nekaterih kisikovih anionov z nižjevalentnimi fluorovimi anioni, medtem ko so zamenjali nekatere manganove katione z višjevalentnimi niobijevimi in titanovimi ioni. To je pomenilo, da se lahko pojavi dvojni redoks manganovih kationov od Mn2+ do Mn4+, kar omogoča, da se velik delež litijevih ionov premakne s katode na litijevo anodo, ne da bi postali nestabilni.
"Rezultati našega laboratorijskega merila [ciklični preizkus baterije] kažejo precej višjo energijsko gostoto naših katod (~1000 Wh/kg) v primerjavi z obstoječimi katodami (600–700 Wh/kg)," pravi Ceder. "Toda naši podatki niso v komercialnem obsegu, zato bi morali slediti nadaljnji testi in optimizacija naših materialov."
"Medtem ko so za praktične aplikacije potrebne nadaljnje izboljšave stabilnosti cikla, je navedena strategija veliko obetavna in omogoča široko raziskovanje različnih visokovalentnih kationov," komentira Gleb Yushin, ki raziskuje shranjevanje energije na Georgia Institute of Technology v ZDA. "Potreba po zmanjšanju napetosti celice na zelo nizke vrednosti lahko ustvari oviro za uporabo sporočene tehnologije v elektronskih napravah, vendar ne bi smela biti velika stvar za avtomobilske aplikacije."
Tel.: 86-0755-33065435
Elektronski naslov: info@vtcpower.com
Splet: www.vtcbattery.com
Naslov: št. 10, cesta JinLing, industrijski park Zhongkai, mesto Huizhou, Kitajska
Vroče ključne besede: polimerna litijeva baterija, proizvajalec polimerne litijeve baterije, baterija Lifepo4, litij-ionske polimerne (LiPo) baterije, litij-ionska baterija, LiSoci2, baterija NiMH-NiCD, baterija BMS
V vsakdanjem življenju izvedite več o uporabi litijevih baterij, zlasti polnilnih naprav in mobilnih telefonov, da se izognete eksplozijam zaradi predolgega polnjenja.
